敞开型大跨度屋盖结构风振响应的风向效应

基于刚性模型风洞试验,在不同风向角下对巴哈马国家体育场结构的表面风压进行了测量,根据模型测压结果,对模型的表面风压分布特点与机理进行了分析.在计算出屋盖平均风荷载作用下响应的同时,根据随机振动理论并结合结构的整体有限元模型,编制程序计算了屋盖结构的风振响应.计算与分析表明,对于敞开型大跨度屋盖,在不同的风向条件下由于建筑物的干扰效应不同,引起气流绕屋盖结构所形成的风场有着很大的不同,风向不仅影响结构在平均风荷载作用下的响应,也影响结构在脉动风荷载作用下的风振响应,因此对此类屋盖结构进行抗风验算与评估时应充分考虑风向的影响.     

干扰下方形超高层建筑风压的非高斯特性研究

借助刚性模型测压试验,对干扰状态下的方形超高层建筑表面风压的非高斯特性进行研究.给出非高斯测点数量干扰因子IF和非高斯测点数量占建筑总测点数的比例Q,来分析建筑表面风压非高斯特性受干扰的影响程度.以串列和并列布置为例,对受扰建筑表面风压的非高斯区域进行划分,并给出其风荷载建议值.结果表明:参数Q和IF能够准确地描述受扰...     

大型煤气柜风振响应与抗风性能分析

基于刚性模型表面测压风洞试验,得到大型煤气柜表面的风荷载时程,经数据处理得到结构的平均风荷载与频域动力风荷载数值模型.采用有限元方法计算了煤气柜结构的动力特性,研究了煤气柜柜体内外气体的压力差对结构动力特性的影响.采用随机振动理论,计算得到大型煤气柜结构的风致位移响应,分析了柜体内外气体压力差对结构风致响应的影响以及煤气柜结构在风荷载作用下的变形,为结构设计师进行结构抗风设计提供了参考.     

超大口径天线结构的风振响应

为明确大型天线结构风振响应特性,以待建的110m全可动天线为研究平台,对其展开各迎风姿态下的风荷载特性分析。根据刚性模型风洞试验结果,探讨了反射面平均风压分布规律及最不利风向角。在此基础上,采用基于随机振动理论的非线性时程分析法进一步对结构的风致动力响应展开研究,总结了风振响应特性。结果表明,该结构自振频率分布密集,结构较柔,其风振响应是一个窄带过程,振动能量随着俯仰角的增大而逐渐提高,且高阶振型逐渐对风致振动有所贡献。该成果可为天线结构抗风设计提供较为全面的荷载取值参考。     

开口状态及干扰对柱面结构风荷载的影响

为满足储煤量、工艺及环保的要求,柱面煤棚结构常常成对出现且在端部和两侧采用不同形式的开口,煤棚间的相互干扰和开口状态对风荷载的影响效应目前尚不明确。针对此问题,通过刚性模型测压试验,研究了端部、两侧开口状态以及煤棚间距对其结构表面风荷载的影响,通过对比结构整体力系数、体型系数分布及脉动风压系数,给出了风向角、开口状态及间距对风荷载的影响规律,分析了其产生机理,并给出了该类结构的风荷载建议。结果表明:半封闭的端部开口方式能有效减小结构整体风荷载,且脉动风压值最小;两侧30%开孔率的开口形式,结构表面的风荷载分布更均匀,减小结构的脉动风压;煤棚之间的干扰对平均风荷载主要为遮挡效应,对脉动风荷载影响不显著。     

半球形屋面结构风荷载特性试验研究

球形屋面网壳结构是常用的大跨结构屋面形式.在同济大学TJ-3大气边界层风洞中,通过1∶200比例的刚性测压模型,研究了A,B两类风场下半球形屋面结构表面的平均以及脉动风压分布特征.试验结果表明风场类型对平均风压分布影响较小,但对脉动风压分布会有相对较大的影响.同时通过研究子午线上平均及脉动风压分布,表明结构顶部的突出圆顶（采光顶）将增大结构局部风荷载,设计时需特别考虑.最后给出了适合工程应用的分块体型系数,以供结构工程师设计参考.     

四面开敞建筑的屋盖平均风压特征

对一实际四面开敞的造船厂房的刚性模型进行了表面压力测量风洞试验,给出了屋盖上的面积平均风压系数的等值线图,通过与几何外形相似的封闭建筑屋盖平均风压系数的比较,分析了四面开敞建筑屋盖上平均风压系数的特征.试验结果表明,四面开敞建筑的屋盖上的外压表现为吸力,最大平均外压系数发生在迎风屋檐,相对封闭建筑最大平均外压系数有所减小,建筑内部结构情况对减小的程度有一定影响;四面开敞建筑屋盖上的平均内压可能呈现为正压或者负压,绝对值比平均外压小,且受内部结构的影响显著;四面开敞建筑屋盖上总平均风压系数比封闭建筑小,受到内部结构情况的影响较大.该试验结果可为四面开敞建筑的屋盖风荷载设计提供参考.     

大跨度三心柱面网壳风压分布试验研究

通过大气边界层风洞刚性模型同步测压试验,对大跨度三心柱面网壳表面风压分布特性进行了研究。根据试验结果分析了结构不同风向下的平均和脉动风压分布、典型测点脉动风压谱以及相关性等。结果表明:风向角对网壳表面风压分布有较大的影响,一般情况下,结构迎风面为正压区,顶部为负压区,尾流区受分离、涡脱和再附等特征紊流影响明显;结构的边沿处受柱涡、锥形涡影响明显,风压梯度变化剧烈。迎风面大部分区域脉动风压功率谱类似于典型的纵向风湍流谱,呈单峰形状,主要激励为来流湍流;边沿处风压谱受特征湍流影响明显。结构表面相关性随测点间距离的增加而不断减小;风向不同,相关性衰减差别较大。     

斜置方柱气动力特性试验研究

土木工程结构中有很多方形断面的细长结构,常常受到斜向风作用,其风荷载可以简化为斜置方柱的气动力,与垂直风向作用不同,目前尚没有明确的气动力估算方法。针对此问题,采用刚性节段模型测压风洞试验,分析了风偏角对方柱的静态气动力特性的影响规律。结果表明:采用传统风速分解法仅可以有效地估计在分离点之前的风压,并不适用于斜置方柱完整气动力的估算;由于背风面风压的减弱,斜置方柱的平均和脉动气动力系数小于垂直方柱的对应值;斜置方柱的旋涡脱落频率小,强度弱,频带宽。因此,采用垂直方柱的平均气动力作为方柱抗风设计的平均风荷载是偏于安全的,但是由于旋涡脱落频率及带宽的变化,斜置方柱的风致振动与垂直方柱会有明显的差别。     

基于数值风洞的天线动态风载特性分析

基于Reynolds时均N-S方程,采用雷诺应力(reynolds stress equation model,RSM)湍流模型,对位于大气边界层中的平板天线表面风压进行了数值分析,分析了天线工作面风压的分布特性。系统研究了方位角、仰角变化对天线风载特性的影响规律,并与工业风洞试验结果进行比较。计算结果表明:大气边界层中天线动态风载特性的变化规律与工业风洞试验结果一致,但风剖面的不同使得两种方法得到的风力值并不相同;进一步研究了仰角变化对大气边界层中天线风载特性的影响规律。通过对天线风压和风载的数值计算,得到了转动过程中天线风载的变化规律。     

超高层办公建筑空调通风系统设计的影响因素分析

对超高层办公建筑空调通风系统设计的影响因素进行了分析,得出超高层建筑的建筑高度对建筑围护结构冷负荷的影响较小,对空调水系统分区影响较大,高区风压的特性对空调通风系统进排风影响较大的结论。     

内外压分别作用下冷却塔风振系数对比研究

现有冷却塔规范和文献中关于风振系数的研究和取值建议均针对外表面风荷载作用,并认为内压作用下风振系数与外压作用下的数值一致,这无法真实反映冷却塔内压引起的风振效应。为对比研究内、外压分别作用下超大型冷却塔结构的风振特性及风振系数,以国内某在建超规范限值高210m间接空冷塔为研究对象,首先,进行刚体同步测压风洞试验获取内、外表面平均和脉动风荷载;其次,建立塔筒-支柱-环基一体化有限元模型,采用完全瞬态法对超大型冷却塔在内、外压分别作用下的塔筒风振响应和风振系数进行了精细化计算分析,探讨了以塔筒径向位移、子午向轴力、Von Mises应力和环向弯矩4种典型目标响应下的风振系数取值标准,提炼出超大型冷却塔内、外压作用下的一维、二维和三维风振系数分布规律;最后,分别给出了此类超大型冷却塔内、外压作用下风振系数的取值建议和二维拟合公式。主要结论可为此类超大型冷却塔风振系数的精细化取值提供科学依据。     

串列圆角弧边三角形双塔建筑气动干扰效应

对圆角弧边三角形双塔建筑在串列布置时的气动力进行了风洞试验研究,分析了不同排布方式和相对间距对受扰建筑层阻力系数、层升力系数以及基底弯矩系数功率谱密度的影响。试验结果表明：平均层阻力和升力系数的干扰效应主要表现为遮挡效应,当施扰建筑弧面迎风时相对更强;平均层阻力系数随间距比减小而减小,当双塔均关于来流方向对称时,平均层升力系数接近0,此时间距影响很小;顶部绕流会减弱遮挡作用,使得顶部附近的平均和脉动层风力系数相对增大;施扰建筑弧面迎风时脱落在尾流的漩涡将显著影响受扰建筑,大幅增强小间距比时受扰建筑的脉动风荷载,并使其横风向基底弯矩系数功率谱的峰值频率受控于尾流漩涡脱落频率。     

工业管架风荷载遮挡效应风洞试验

工业管架风荷载的遮挡效应显著,现行规范风荷载取值安全性、合理性急需进行评估。以石油化工厂区常见的管架、裂解炉为对象,采用测力(high frequency force balance,简称HFFB)风洞试验和测压(high frequency pressure integration,简称HFPI)风洞试验,研究了工业管架风荷载的遮挡效应,并通过与现行规范对比,给出了规范的适用范围。通过测压风洞试验,给出了外围管架遮挡下内部封闭设备的遮挡系数,利用该系数能够扩大现行规范中整体方法的适用范围。分析结果表明:现行规范提供的工业管架风荷载确定方法是偏于安全的,对于管架及支撑管道的管架,整体方法得到的风荷载与测力风洞试验吻合较好;由于未考虑管架对内部封闭设备的遮挡效应,按现行规范得到的裂解炉风荷载明显偏大。     

基于FLUENT的不同围挡高度对公路施工扬尘影响的仿真研究

基于河南某工地的施工环境，通过FLUENT仿真软件模拟了在不同围挡高度的情况下，不同粒径的扬尘颗粒物的扩散情况。仿真结果表明围挡结构物可以有效改变内部风环境，降低风速对施工扬尘扩散的影响，扬尘颗粒物粒径越大，扬尘逸出速率就越小，逸出总质量也越小，随着围挡结构物高度增大，扬尘颗粒物离开围挡区域的速度越小，总质量减小程度就较小。     

风雨共同作用超大型冷却塔气动力和受力性能

为定量评价雨荷载对超大型冷却塔气动力和风效应的影响,以国内某在建世界最高的220m超大型双曲线间接空冷塔为例,基于计算流体动力学(computational fluid dynamics,简称CFD)方法对冷却塔周围风场进行数值模拟,验证模拟结果的有效性后添加离散相模型(discrete phase model,简称DPM)进行雨强为50mm/h的暴雨模拟,系统分析了风雨共同作用下冷却塔表面流体绕流特性、风雨荷载特征值及平均压力系数的变化。在此基础上,采用有限元方法分析了风荷载和风雨荷载共同作用下超大型冷却塔风致稳定性和受力性能。研究表明:冷却塔表面所受总雨荷载占总风荷载的6.71%,部分区域内雨压系数可达0.07以上,与风压系数的比值最高可以达到26.98%;相比于风荷载,风雨荷载共同作用降低了冷却塔整体屈曲稳定和局部稳定性能,增大了塔筒、支柱和环基结构内力响应,屈曲位移最大增量达10%,0°子午向轴力最大增量达17.4%。该结论可为此类大型冷却塔结构抗风/雨荷载设计提供参考依据。     

TTU标模构建WSN的风压数值模拟研究

金属面板广泛应用于低矮建筑的屋面维护系统中,但受强风影响会发生变形、被风掀飞等损坏情况,因此在关键部位布置传感器,构建无线传感器网络(WSN,Wireless Sensor Network)系统进行结构健康监测具有重要意义。以标准低矮建筑TTU(Texas Tech University Building Model)模型为研究对象,采用RNG k-ε湍流模型,应用计算流体动力学软件Fluent 14.5对其三维定常风场进行数值模拟,分析不同风向角下模型表面的风压分布。分析结果显示了建筑表面正负风压分布最大区域,该结果为构建低层建筑屋面无线传感器监测网络的传感器布设提供依据。     

岸边集装箱起重机的脉动风荷载特性研究

岸桥在脉动风作用下容易产生振动导致动态滑移或倾覆,因此岸桥脉动风荷载的精细化研究极为必要。通过风洞测力试验对岸桥进行风荷载特性分析,得到结构的风荷载统计参数,对比了不同工况下岸桥的平均风荷载以及脉动风荷载,结果发现岸桥的最不利风向角出现在斜风向。同时根据试验的风力系数,拟合出风向角与风力系数的函数关系式,为岸桥结构的抗风设计提供参考。     

风荷载作用下柔性光伏支撑索轴力分析

为了分析风荷载对柔性光伏支架结构中索轴力的影响,通过刚性模型测压风洞试验获得不同风向、倾角和间距比下柔性支撑光伏组件的风荷载,建立3类柔性光伏支架分析模型并计算不同工况下的索轴向力。结果表明：支架不同位置的光伏组件风荷载不同,中间区域风荷载较大;将光伏组件的风荷载作为集中荷载施加在柔性索上引起的索轴力较大;不同倾角光伏支架受力随布置形式（间距比）的变化规律也不一致。基于分析结果,建议采用小间距大跨度的柔性光伏支架形式,将间距比控制在0.1以内,并将风荷载以集中力的形式施加于柔性索上,通过本研究提出的轴荷比估算风荷载引起的索轴力。     

支持式管母线风致振动数值仿真分析

支持式管母线在野外长期服役期间经常遇到风致振动的问题。本文采用数值模拟方法,对支持式管母线抗强风振动特性及阻尼对振动的影响进行了分析。计算了管母线简化模型的固有频率和振型以及受到风荷载作用时的变形特征,采用静态算法和动态算法对比分析了阻尼线对管母线抗风振动所起到的作用。进而对支持式管母线全尺寸结构在风荷载作用下的动态特性进行了计算,分析了阻尼线及管母线结构阻尼对抗风振动的影响。结果表明,理想条件下,阻尼线能有效减小受风载后管母线简化模型的振动变形,但在真实全尺寸管母线结构中,由结构连接等形成的结构阻尼比阻尼线对管母线抗风振动的效果更为显著,有无阻尼线对真实结构振动特性不产生明显区别。